某钢桁架桥静载试验研究

王春平

(长江航道规划设计研究院工程检测中心， 武汉 湖北 430011)

1 工程概况

某滚装码头工程有一新建29 m×4.5 m码头钢桁架桥，如图1所示。为了确保较大跨度的钢桁架桥的安全运营，对该滚装码头工程的桥梁进行了现场查勘,决定对滚装码头工程的钢桁架桥进行荷载试验，检验桥梁受力性能和承载力是否达到设计及规范要求，检验钢桁架桥的施工质量，验证设计的合理性[1～4]。

图1 某钢桁架桥

2 检测内容与方法

2.1 检测方案

对钢桁架桥作压载试验，测量其在人群荷载、汽车荷载下的挠度及部分杆件的应变。本试验为非破坏性检验，只检测在标准荷载下的变形和位移。根据设计要求，汽车荷载为一辆30 t汽车，因桥梁跨度为29 m，考虑安全因素，汽车荷载按静载模拟；人群荷载为4 kN/m2，分四级加载，每级荷载为1 kN/m2，采用堆砂袋的方法模拟人群荷载，每个沙袋0.275 kN。

2.2 挠度与应变测点布置

(1) 测试每榀桥的主桁跨中、1/4跨、支座处的挠度，每榀桥共设10个位移计(图2)。

注：括号外表示A轴线测点布置，括号内表示B轴线测点布置图2 钢桁架桥轴线主桁位移与应变测点布置

图3 应变片布置

(2) 测试主桁下弦杆、上弦杆、腹杆的应变，每榀桥布置24个应变片(图2)。截面Ⅰ-1，Ⅰ-2，Ⅰ-3，Ⅰ-4，Ⅱ-1，Ⅱ-2的应变片布置见图3。

2.3 有限元建模计算

荷载试验主要包括试验准备、理论计算、现场试验、结果分析评定等一系列工作。其中，对试验桥梁在设计荷载和拟加试验荷载作用下的理论分析计算工作，为评价结构工作性能和安全储备提供重要指标，是荷载试验中的核心工作[5]。

本试验中采用ANSYS有限元分析软件进行了有限元建模和计算分析,模型钢桁架采用空间梁单元,桥面板采用板单元，有限元模型见图4。利用该模型分别计算了各加载工况下各控制截面的位移和应变值，计算结果见表1。

图4 某钢桁架桥的有限元模型

人群荷载/(kN/m2)测量结果主桁A/mm测点1测点2测点3主桁B/mm测点1测点2测点31.0实测值0.4320.6120.4670.4470.9320.504理论值0.4790.6740.4790.4790.6740.479校验系数0.9020.9080.9970.9340.9841.0532.0实测值0.8721.2660.9430.9041.3371.022理论值0.9571.3480.9570.9571.3480.957校验系数0.9140.9390.9850.9450.9921.0683.0实测值1.3251.9171.4021.3732.0731.521理论值1.4362.0221.4361.4362.0221.436校验系数0.9230.9480.9760.9561.0251.0594.0实测值1.7652.5601.8801.8162.7701.996理论值1.9142.6951.9141.9142.6951.914校验系数0.9220.9500.9820.9491.0281.043

注：表中挠度已扣除支座沉降。

3 检测结果与分析

钢桁架桥人群荷载下的挠度见表1，汽车荷载下的挠度见表2；人群荷载下主要杆件的应变量测结果见图5～图7，汽车荷载下主要杆件的应变测量结果见表3。

表2 钢桁架桥汽车荷载下的挠度

由表1、表2可以看出，实测值与理论计算值非常接近，校核系数均接近于1。只有少数校核系数大于1，且在人群荷载或者汽车荷载作用下的最大挠度为2.770 mm，远小于JTJ 283-99《港口工程钢结构设计规范》[6]规定的挠度允许值L/700=41.4 mm，静载试验的挠度结果表明钢桁架桥施工质量优良。

图5应变结果表明，主桁下弦杆截面各点的应变趋势一致，且截面各点的应变差别不大，表明下弦杆基本处于单轴拉伸状态，这与桁架结构的受力特点是一致的。另外，钢桁架桥的A、B 轴线主桁下弦杆应变图基本一致，表明钢桁架桥下弦结构受力均匀对称，结构施工质量较高，达到了设计意图。

图6应变结果表明，主桁上弦杆截面各点的应变趋势一致，但截面各点的应变差较大，表明上弦杆基本处于压弯状态。另外，钢桁架桥的A、B 轴线主桁上弦杆应变图差别也较大，尤其是B轴线主桁上弦杆17号点的应变。这表明钢桁架桥上弦结构受力不均匀。但在设计荷载作用下，应变均在弹性范围内，故其对结构的正常使用没有影响。

图5 钢桁架桥人群荷载下的下弦杆应变

图6 钢桁架桥人群荷载下的上弦杆应变

图7 钢桁架桥人群荷载下的斜腹杆应变

图8 钢桁架桥人群荷载下的端斜杆应变

汽车荷载(30 t)轴应变平均值/με上弦杆下弦杆斜腹杆端斜杆A轴线-581440-37B轴线-6415--

注：从人群荷载下的杆件应变可以看出，钢桁架桥杆件受力时，其截面应变主要为轴向应变，弯曲应变影响较小，故在汽车荷载下仅列出杆件测点的应变平均值。

由图5～图8可以看出钢桁架桥在人群荷载下，A轴线主桁下弦杆最大拉应变为148 με，上弦杆最大压应变为-154 με，斜腹杆的最大拉应变为24 με，端斜杆的最大压应变为-139 με；B轴线主桁下弦杆最大拉应变为141με，上弦杆最大压应变为-111 με。

由表3可以看出，在汽车荷载下，A轴线主桁下弦杆平均拉应变为14 με，上弦杆平均压应变为-58 με，斜腹杆平均拉应变为40 με，端斜杆平均压应变为-37 με；B轴线主桁下弦杆平均拉应变为15 με，上弦杆平均压应变为-64 με。

应变结果表明，在设计要求的标准荷载下，各杆件的应变均在弹性应变范围内。

4 结 论

钢桁架桥在人群荷载或者汽车荷载作用下的最大挠度为2.770 mm，远远小于JTJ 283-99《港口工程钢结构设计规范》规定的挠度允许值L/700=41.4 mm，且静载试验的挠度结果与理论计算结果非常接近，表明钢桁架桥施工质量优良。

钢桁架桥在人群荷载或者汽车荷载作用下，下弦杆最大拉应变为148 με，上弦杆最大压应变为-154 με，均在弹性应变范围内。

[1] 赵 烨, 赵 超. 某新建桥梁成桥静载试验研究[J]. 山西建筑, 2008, 34(20): 306-308.

[2] 张华南, 韩 昀, 万 水. 东营桥静载试验研究[J]. 黑龙江工程学院学报, 2008, 22(1): 34-36.

[3] 孙 健, 郜 庆. 平原桥单跨静载试验研究[J]. 安阳工学院学报, 2008, (6): 62-65.

[4] 丘 斌. 青竹湖桥的静载试验研究[J]. 铁道建筑, 2005, (5): 4-6.

[5] 郑 淳.桥梁荷载试验理论分析准确性的影响因素分析[J].建筑监督检测与造价, 2009,2(9): 22-25.

[6] JTJ 283-1999, 港口工程钢结构设计规范[S]